Це літо було найспекотнішим за всю історію спостережень на Землі, а 2023 рік має стати найспекотнішим. Хвилі спеки загрожували здоров’ю людей у Північній Америці, Європі та Азії. У Канаді був найгірший сезон лісових пожеж, і полум’я знищило місто Лахайна на Мауї. Лос-Анджелес постраждав від нечуваного літнього тропічного шторму, а дощі в Лівії спричинили руйнівні повені, внаслідок яких тисячі людей загинули та зникли безвісти. Така екстремальна погода є сигналом попередження про те, що ми живемо в умовах кліматичної кризи, і закликом до дій.
Викиди вуглекислого газу від спалювання викопного палива є головним винуватцем зміни клімату, і вчені кажуть, що їх потрібно приборкати. Але є ще один парниковий газ, з яким потрібно боротися: метан. Боротьба з викидами метану може бути найкращим способом зупинити зростання температури в короткостроковій перспективі, каже Роб Джексон, науковець із систем Землі зі Стенфордського університету та голова Global Carbon Project, який відстежує викиди парникових газів.
«Метан є найсильнішим важелем, який ми маємо, щоб уповільнити глобальне потепління протягом наступних кількох десятиліть».
Це тому, що він відносно недовго живе в атмосфері — метан зберігається близько 12 років, тоді як CO 2 може залишатися сотні років. А в розрахунку молекула на молекулу метан є сильнішим. Протягом 20 років після викиду метан може нагріти атмосферу більш ніж у 80 разів більше, ніж еквівалентна кількість CO 2 .
У нас уже є стратегії скорочення викидів метану — усунення витоків природного газу (метан є основним компонентом природного газу), поступова відмова від вугілля (видобуток виділяє метан), споживання менше м’яса та молочних продуктів (корови відригують багато метану) та електрифікація транспорту і прилади. Дослідження показали, що впровадження всіх існуючих стратегій пом’якшення викидів метану може сповільнити глобальне потепління на 30 відсотків протягом наступного десятиліття.
Але деякі кліматологи, включаючи Джексона, кажуть, що нам потрібно йти далі. Кілька джерел метану буде важко, якщо не неможливо, ліквідувати. Сюди входять деякі викиди, спричинені діяльністю людини, наприклад викиди на рисових полях і у скотарстві, хоча існують методи зменшення цих викидів. Деякі природні джерела готові виділяти більше метану в міру потепління світу. Є ознаки того, що тропічні водно-болотні угіддя вже викидають більше газу в атмосферу, а швидке потепління в Арктиці може перетворити вічну мерзлоту на гарячу точку для мікробів, що виробляють метан, і випустити бомбу метану, що зберігається в нині замерзлому ґрунті.
Тому вчені хочуть розробити способи видалення метану безпосередньо з повітря.
Сьогодні в атмосфері міститься на три мільярди метричних тонн більше метану, ніж у доіндустріальні часи. За словами Джексона, видалення цього надлишку метану охолодить планету на 0,5 градуса за Цельсієм.
Подібні стратегії «негативних викидів» вже обмежено використовуються для CO 2 . Цей газ уловлюється там, де він викидається, або безпосередньо з повітря, а потім десь зберігається. Метан, однак, є складною молекулою для захоплення, а це означає, що вченим потрібні інші підходи.
Більшість ідей все ще знаходяться на ранніх стадіях дослідження. Національні академії наук, техніки та медицини зараз вивчають ці потенційні технології, стан їхньої готовності та можливі ризики, а також необхідні подальші дослідження та фінансування. Деякі з підходів включають реконструкцію бактерій, які вже є професіоналами в поїданні метану, і розробку каталітичних реакторів для розміщення у вентиляційних отворах вугільних шахт та інших багатих метаном місцях для хімічної трансформації газу.
«Метан — це спринт, а CO 2 — це марафон», — каже Дезіре Плата, інженер із будівництва та охорони навколишнього середовища в MIT. Для вчених, які зосереджені на видаленні парникових газів, це гонка.
Мікроби вже видаляють метан з повітря
Метан, CH 4 , легко розщеплюється в атмосфері, де багато сонячного світла та високоактивних гідроксильних радикалів. Але зовсім інша історія, коли хіміки намагаються працювати з молекулою. Чотири вуглець-водневі зв’язки метану міцні та стабільні. Зараз хімікам доводиться піддавати газ дії надзвичайно високих температур і тиску, щоб розщепити його.
Навіть утримати газ важко. Незважаючи на потужну зігріваючу дію, він присутній в атмосфері в низьких концентраціях. Лише 2 з кожного 1 мільйона молекул повітря є метаном (для порівняння, приблизно 400 з кожного 1 мільйона молекул повітря є CO 2 ). Тому складно зібрати достатньо метану, щоб зберегти його або ефективно перетворити на щось інше.
Проте хіміки природи можуть поглинати та перетворювати метан навіть у цих складних умовах. Ці мікроби, які називаються метанотрофами, використовують ферменти, щоб харчуватися метаном. Природне глобальне поглинання метану метанотрофами, що живуть у ґрунті, становить близько 30 мільйонів метричних тонн на рік. Порівняйте це з приблизно 350 мільйонами тонн метану, які люди викинули в атмосферу в 2022 році, за даними Міжнародного енергетичного агентства.
Мікробіологи хочуть знати, чи можливо змусити ці бактерії швидше поглинати більше метану.
Ліза Стайн, мікробіолог з Університету Альберти в Едмонтоні, Канада, вивчає генетику та фізіологію цих мікробів.
«Ми проводимо базові дослідження, щоб зрозуміти, як вони процвітають у різних середовищах», — каже вона.
Стайн каже, що метанотрофи працюють особливо повільно в середовищах з низьким вмістом кисню, наприклад, у болотистих угіддях і звалищах, місцях, де багато метану. У цьому середовищі мікроби, які утворюють метан, звані метаногенами, виробляють газ швидше, ніж метанотрофи можуть його поглинути.
Але, можливо, можна розробити зміни в ґрунті та інші модифікації екосистеми, щоб прискорити поглинання метану мікроорганізмами, каже Стайн. Вона також розмовляє з матеріалознавцями про створення поверхні, щоб заохотити метанотрофи рости швидше і таким чином прискорити споживання метану.
Вчені сподіваються обійти цей лежачий поліцейський з більш детальним розумінням ферменту, який допомагає багатьом метанотрофам ласувати метаном. Метанмонооксигеназа, або ММО, захоплює молекулу і за допомогою міді, вбудованої у фермент, використовує кисень, щоб розірвати вуглець-водневі зв’язки метану. Зрештою фермент виробляє метанол, який потім метаболізують мікроби.
Підвищення швидкості MMO може не тільки допомогти у видаленні метану, але й дозволить інженерам використовувати метанотрофи для роботи в промислових системах. Перетворення метану на метанол було б першим кроком, а потім кількома швидшими реакціями для отримання кінцевого продукту, такого як пластик або паливо.
Але це ще не вся картина. Розенцвейг каже, що сподівається, що її структурні дослідження разом з іншою роботою досить скоро приведуть до прориву, який допоможе запобігти подальшим наслідкам глобального потепління.
«Можливо, людям пощастить і вони швидко створять штам», — каже Розенцвейг. «Ви не знаєте, поки не спробуєте».